인체 재조합 Granulocyte-Macrophage Colony-Stimulating Factor(rhGM-CSF)와 Methotrexate에 의한 급성 골수성 백혈병세포의 항암제 감수성 증가
Chemopotentiation of Fresh Acute Myelogenous Leukemic Cells by Recombinant Human Granulocyte-Macrophage Colony-Stimulating Factor(GM-CSF) and Methotrexate
대한암학회지 1998년 30권 2호 p.357 ~ 369
소속 상세정보
김흥태/Heung Tae Kim
안진석/김은실/방영주/김병국/김노경/Jin Seok Ahn/Eun Shil Kim/Yung-Jue Bang/Byoung Kook Kim/Noe Kyeong Kim
KMID : 0360319980300020357
Abstract
목적 : 급성 골수성 백혈병의 치료성적은 관해유도요법의 성패에 달려있다. 대부분의 항백
혈병 항암제는 세포주기의 5기에 주로 효과적으로 작용하나 백혈병모세포는 상당수가 항암
제에 내성을 갖는 G0기에 존재한다. 본 연구는 급성 골수성 백혈병세포를
granulocyte-macrophage colony-stimulating factor(이후 GM-CSF로 표기)를 이용하여 S기
로 동원시키고 동시에 methotrexate(이후 MTX로 표기)로 5기로 동기화 시키되, GM-CSF
와 MTX를 병용하여 S기에 가장 많이 정렬되는 조건에서는 세포주기 특이항암제인 Ara-C
의 세포독성을 증가시킬 수 있을 것이 라는 가설을 급성 골수성 백혈병환자의 백혈병세포를
대상으로 증명하여 급성 골수성 백혈병환자의 치료효과를 개선할 수 있는 실험적 근거를 구
하고자 하였다.
재료 및 방법 : 급성 골수성 백혈병환자의 백혈병세포에 여러 조건의 GM-CSF와 MTX
를 병용하여 세포주기를 조정하였다. Bromodeoxyuridine 및 Propidium iodide로 이중 표지
한 후 유세포 분석기로 측정하여 S기를 최대로 증가시키는 조건을 구하였다. Ara-C에 대한
세포독성은 tetrazolium-based calorimetric(MTT) assay로 측정하였다.
결과 : GM-CSF는 1 ng/mL를 48시간동안 전 처치, MTX는 0.04 UM을 24시간동안 전처
치하여 병용하되 마지막 24시간동안에 MTX를 동시에 병용한 경우가 가장 효과적이었다.
20명의 급성 골수성 백혈병환자의 백혈병세포에서 GM-CSF나 MTX의 단독 전 처치보다
두 가지를 병용한 전 처치 방식이 20예 중 18예에서 S기 분율이 증가되어 우수함을 확인할
수 있었다 특히 고증식능을 나타낸 6예 중 5예 및 재발된 6예 중 5예에서도 유의한 동원을
관찰할 수 있었다. 10명의 급성 골수성 백혈병환자의 백혈병세포를 GM-CSF및 MTX를 병
용해서 전처치한 후 ara-C의 세포독성을 분석한 결과는 5예(50%)에서 세포독성이 증가되었
다. 특히 5기의 증가와 동시에 G0기의 감소가 뚜렷한 4예에서는 모두 세포독
성이 증가되었으며, GM-CSF에 반응이 없었던 재발된 1예와 약리적 내성을 시사하는 1예에
서도 GM-CSF 및 MTX의 병용에 의해 유의한 동원과 세포독성이 증가됨을 관찰했다.
Ara-C의 용량반응곡선을 분석한 결과는 Ara-C의 세포독성의 증가가 S기 분율의 증가에
의함을 확인할 수 있었다.
결론 : 급성 골수성 백혈병환자의 백혈병세포가 GM-CSF에 의해 동원되고 MTX에 의해
동기화 됨을 확인하였고, 이를 병용하여 전 처치함으로 S기 분율이 유의하게 증가되며,
Ara-C의 세포독성도 증가됨을 확인하였다. GM-CSF와 MTX를 병용 투여한 후 세포 주기
상 S기 분율을 최대로 증가시키는 시기에 Ara-C 등 세포주기 특이약제를 사용하면 급성
골수성 백혈병의 치료효과가 개선될 것으로 사료된다.
INTRODUCTION
Allogenic bone marrow transplantation is the most curable treatment in patients with
acute myelogenous leukemia(AML), but only 40% of patients have an available donor.
Although biologic therapies continue to grow, cytotoxic chemotherapy remains the
mainstay of treatment. Despite advances in chemotherapy, long-term survival of patients
with AML has not significantly improved in recent years. Cytosine arabino-side(ara-C)
is the most active single drug available for the treatment of AML. In combination with
an anthracycline, 60∼80% of patients achieve a complete remission, but most of them
relapse, resulting in an overall long-term survival rate of 20∼30%. Ara-C requires
uptake into leukemic cells and conversion by deoxycytidine kinase to its active form,
ara-cytidine triphosphate(ara-CTP). The activity of aria -CTP is S phase dependent, as
it inhibits DNA synthesis by competitive inhibition of DNA polymerase and by
incorporation into DNA resulting in premature chain termination. Cell kinetics of AML
showed that the significant proportion of leukemic cells was out of cell cycle. It has
been reported that growth fraction was estimated at about 42.6% and the fraction in the
S phase was 5.1±3.8%. Most antileukemic drugs are mainly effective in the S phase of
the cell cycle but a substantial proportion of AML blasts is in the chemoresistant
G0 phase. Many nonproliferating leukemic cells escape the cytotoxicity of
cell cycle specific Ara-C despite a schedule of prolonged continuous administration. If
such nonproliferating cells retain clonogenic potential, they may be a source of
resistance to treatment(cytokinetic resistance). Clinically, granulocyte-macrophage colony
-stimulating factor(GM-CSF) has been used in patients with AML with two aims; one
to accelerate the recovery of cytopenia after chemotherapy while the second approach
aims at an enhancement of antileukemic effect of chemotherapy by a recruitment of
chemoresistant resting leukemic cells into sensitive phase of cell cycle. Several studies
showed that GM-CSF consistently stimulated CFU-AML and reported that the
cytotoxicity of ara-C to AML blast could be enhanced by GM-CSF. A few prospective
clinical trials are under way, but the overall results are not encouraging. There are
several limitations of the recruitment approach, which include lack of consistent
recruitment. Methotrexate(MTX) has been proposed for synchronization of cell cycle and
used by cytogeneticists for high resolution banding analysis. MTX as a synchronizing
agent causes a temporary arrest of cells at G1/early S phase. It was
reported that some cancer cell lines could be highly synchronized by a low dose of
MTX without cytotoxicity or physiological perturbations. The tetrazolium-based
colorimetric(MTT) assay, based on the ability of living cells to reduce the tetrazolium
salt to a formazan product, is a predictive assay of chemosensitivity that is rapid,
simple and inexpensive. It is widely used to quantitate chemosensitivity of fresh human
leukemic cells. We have recently carried out a pilot study on the modulation of AML
cell lines by GM-CSF and/or MTX. Based on these data, we conducted this study to
confirm the hypothesis that simultaneous GM-CSF-induced recruitment and
MTX-induced synchronization of chemoresistant Go leukemic cells into sensitive S phase
of the cell cycle could result in enhanced cytotoxicity of cell cycle specific drugs such
as Era-C to AML leukemic cells and to provide a rationale for a novel approach to the
treatment of AML.
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